浅析路桥施工中大体积混凝土产生裂缝的原因及防裂技.pdf

科技与质量 Science and technology and quality 132质量管理 【文章摘要】 在大体积混凝土的施工过程中， 采 取何种方式实现对裂缝的产生进行有 效控制为衡量施工成败的关键。 因此， 加强对大体积混凝土产生裂缝的原因 及有效防裂技术进行深入研究具有重 要现实意义。 【关键词】 混凝土 ; 裂缝 ; 防裂 浅析路桥施工中大体积混凝 土产生裂缝的原因及防裂技 李根林 厦门海沧市政建设管理中心 福建厦门 361000 0 前言 路桥工程中， 裂缝的产生会对混凝土 的防水性、 耐久性整体性牢固性等产生直 接影响。 本文主要结合工程实例对导致裂 缝产生的相关原因进行分析， 进而探讨有 效的防裂措施及技术， 旨在为大体积混凝 土裂缝的有效控制提供更多有价值的参 考依据。 1 工程概述 某桥梁工程在对已经完成施工 4 个 桥墩进行检查的过程中发现距离桥墩混 凝土表面有 1 道裂缝产生。 裂纹主要表现 为竖向分布 , 主要集中在承台顶面桥墩身 大面中部竖向 1.5-6.0m 的范围内。 经过测 量， 裂缝的宽度 0.2mm， 为允许范围内， 但如不能及时采取措施进行有效控制也 会对桥墩的耐久性、 外观产生影响。 2 混凝土产生裂缝的原因 2.1 水泥水化热影响 水泥在发生水化反应时会有大量的 热量产生， 因大体积混凝土存在较大的截 面厚度， 混凝土具有较差的导热性能， 因 此导致水化热不断在结构内部聚集， 进而 使得混凝土内部出现急骤温升。 混凝土内 外存在较大的温差会使得其内部发生温 度应力， 且温度应力会随着温差的增大而 150-200lm/W ； （2） 工作寿命长 ： LED 作为 一种导体固体发光器件， 较之其他发光器 具有更长的工作寿命 ； （3） 耗电低 ： LED 是一种低压工作器件， 因此在同等亮度下， 耗电最小， 可大量降低能耗 ； （4） 体积小， 重量轻， 耐抗击 ： 这是半导体固体器件的 固有特点 ； （5） 响应时间快 ： LED 一般可 在几十毫秒内响应 ； （6） 易于调光、 可控性 大 ： LED 作为一种发光器件， 可以通过流 过电流的变化控制亮度， 也可通过不同波 长LED的配置实现色彩的变化与调节；（7） 用 LED 制作的光源不存在诸如水银、 铅等 环境污染物， 不会污染环境， 因此人们将 LED 光源称为 “绿色” 光源。 LED 照明的上述特点， 尤其是明显的 节能效果， 使其得到了广泛的应用， 但是在 港口， 尤其是大功率照明的设备投光灯、 高 杆灯大规模使用的并不多， 究其原因， 主 要有以下几点 ： （1） 缺乏统一的标准， 包括 LED 灯具系统、 驱动电路等， 产品水平良莠 不齐 ； （2）LED 灯具的散热， 如何把结温 降低到允许水平仍需不断探索和实践， 因 为温度控制不好， 会影响光效， 会加快光通 衰减， 甚至色温、 显色性的稳定。 5 LED 照明在港口码头的应用 5.1 耗电低、 工作寿命长特点的应用 LED 照明的低功耗， 不仅仅会降低照 明能耗， 同时因为能耗的降低， 使得供电电 缆截面积减小， 还能降低建设过程中电缆 的投资。 工作寿命长可以减少使用过程中 维修费的支出。 5.2 耐抗击特点的应用 桥吊小车上通常安装 4 盏高压钠灯， 在使用过程中， 小车频繁经过前大梁绞点， 使得大梁短轨出现松动和不平整等现象， 造成小车行驶过程中震动， 不可避免地带 来冲击， 使得灯具内部灯管、 线头等器件松 脱， 影响灯具的使用， 严重的还会使灯具壳 体开裂甚至坠落， 类似的问题同样也出现 在轨道吊大车照明灯具的使用上。 如果使 用LED照明灯具， 将会有效避免这种情况， 漳州港就用 LED 照明灯具替换了 QC3# 桥 吊小车上的高压钠灯。 经过近一年的使用 之后， 灯具的耐用率有了显著的提高， 而且 用电费用得到了显著地减少， 降低了企业 成本。 5.3 响应时间快特点的应用 在港口尝试节能改造过程中， 有的港 口对桥吊前大梁投光灯进行分组， 根据船 型分成不同的档位， 由司机自主选择开启 关闭 ； 也有的港口在对前大梁投光灯进行 分组的基础上， 利用已有的小车编码器来 判断小车工作位置， 再由 PLC 自动进行分 组判断选择， 经一段延时后自动开启关闭 投光灯。 但是由于目前大规模使用的还是 高压钠灯， 存在启动慢的情况， 而且投光灯 频繁启动容易导致照明不足， 缩短投光灯 的使用寿命。 如果使用 LED 照明灯具， 利 用 LED 响应时间快的特点， 将可有效地解 决上述问题， 同时大大提高节能效果。 5.4 易于调光、 可控性大特点的应用 易于调光、 可控性大是 LED 照明的又 一大特点， 通过调光技术的应用， 将进一步 降低耗能， 节省照明用电， 降低输出功率， 同时也将改善 LED 灯具的工作温度， 延长 灯具寿命， 提高可靠性。 目前， 已经有了带 调光接口的 LED 路灯。 笔者认为， 带调光 技术的 LED 照明是将来港口照明的趋势。 因为港口生产作业受船期以及天气影响 较大， 并且在码头、 堆场间存在作业的不均 衡， 然而往往不管船多船少， 有的码头只要 有船， 哪怕是一路作业， 也会灯火通明， 和 满负荷作业时一样， 这就浪费了大量的电 能资源。 如果采用了带调光技术的 LED 照 明， 就会有效地避免上述情况。 港口照明控 制方式由传统的专人手工开启或关闭照 明， 逐渐演变成时间控制、 光控加时间控 制、 集中控制 3 种模式。 时间控制通过时控 开关设定照明设施的定时开启或关闭， 适 合时间规律强的照明类型使用， 如路灯， 不 足之处是调整规律麻烦。 光控加时间控制 是在此基础上增加了感光元件， 根据时间 和光线情况来开启或关闭， 但是对需要随 时变化的应用场合就不适用了， 如港口夜 间作业的不均衡性。 集中控制则是把照明 的控制功能集中到一个位置， 实现对分散 照明的集中控制， 并能根据需求随时进行 照明的开闭控制。 目前很多港口都进行了 照明集中控制的改造。 这就使得带调光技 术的 LED 照明具备了将来实现的可能。 笔 者认为， 带调光技术的 LED 照明还应结合 港口的生产系统。 目前港口生产作业存在 不均衡性， 可能某块区域作业频繁， 其他区 域比较空闲， 采用 LED 照明的调光特点， 可以实现差别照明， 而照明控制人员必须 随时跟上生产的变化， 难免存在诸多延误 疏忽。 而生产系统可以直接反映出港口内 不同区域的繁忙程度， 可结合生产系统， 根 据发给场地某区域指令的多少进行判断 和模式控制， 如作业繁忙， 全区域无差别照 明； 作业不均衡， 自动开启相应区域差别照 明； 如作业量不大， 根据作业指令可自动调 节， 或部分关闭部分照明。 综上所述， 港口 LED 照明的控制框图如图 1 所示。 6 结论 漳州港在新增 QC6# 桥吊和三台市电 场桥 （ERTG） 整机照明都采用 LED 光源， 近一年来使用后取得显著的效果。LED 可 控照明在港口的应用， 应不仅仅停留在灯 具的更换， 而是要发挥出LED照明的特点， 充分利用网络、 生产系统、 照明集中控制系 统等多种设备设施， 根据实际的生产作业 情况合理地使用照明， 达到最佳的节能效 果。 【参考文献】 1 邝海 .LED 的特性、 存在问题及发 展展望 J. 科技广场 .2011(09) ： 19-24. 2 陈伟治， 姚宇 . 新型光源 LED 用于 港口照明 J. 水运工程 .2013(10) ： 120-126. 3 杨旭 . 浅析港口照明节能技术 J. 信息通信 .2012(04) ： 137-140. 科技与质量 Science and technology and quality 133质量管理 不断增大。 当混凝土抗拉强度无法抵抗温 度应力时便会导致裂缝产生。 当大体积混 凝土的内外温差 25时便后出现裂缝。 此外， 水泥越细， 其具有的早期强度就越 高。 在单位体积的混凝土中， 其所含水泥 量大， 混凝土内部因为早期水化热引起的 升温就越高。 在本工程中， 桥墩混凝土原 来选用的是普硅水泥 P.032.5R， 水泥的用 量为 344kg/m3。 该种水泥为早强水泥， 水 泥极细， 混凝土发生水化的速度较快， 水 化过程中所产生的热量集中释放， 进而导 致混凝土结构的内外温差超过 25， 进而 导致混凝土表面产生裂缝。 2.2 施工工艺影响 在路桥工程的施工过程中， 工艺的选 择及具体操作对施工质量产生严重影响。 工艺选用不当会导致混凝土发生离析， 进 而导致在完成浇筑之后， 混凝土内部结构 产生各种材质粒的组聚集区。 例如混凝土 与存在其中的各种材质收缩收缩率存在 差异性， 当混凝土在凝结硬化的过程中， 水泥浆的收缩率会显著大于混凝土的收 缩率， 所以通常会在水泥浆的聚集区发生 裂缝。 导致原因主要为以下几个 ： 首先， 在 混凝土的搅拌过程中未能合理控制搅拌 时间。 因为要将高弦减水剂掺入了混凝土 中， 在施工时， 搅拌时间 3 分钟， 减水剂 所具有的作用还未得到充分发挥， 在混凝 土的运输或者浇筑之后减水剂所具有的 减水作用才发挥进而导致混凝土产生坍 落度， 使得离析发生。 其次， 浇筑工艺使用 不当。 在混凝土的浇筑施工过程中， 将混 凝土泵送至桥墩托盘顶帽， 在于托盘左右 两侧模板边缘距离 1/4 宽度处设置有 2 个 串筒。 在实施浇筑时， 混凝土从该 2 个串 筒落到浇筑面。 串筒下逐渐形成一个混凝 土堆。 因为流动性能的存在， 同时在施工 过程中振捣棒的作用导致混凝土逐渐流 向四周。 混合料比重存在差异性， 在流动 过程中混凝土会发生离析。 此外， 混凝土 往往在达到 8MPa 时才能够有效地抵抗开 裂温度应力。 但是， 粉煤灰浆在完成浇筑 之后的 15 天之内其强度增长较为缓慢。 相关实验结果显示， 在完成浇筑 3 天时， 粉煤灰浆的硬度仅能达到 0.8MPa。 这个 时候， 混凝土的内部温度已经达到最高峰 值， 因此， 在这个时候混凝土的内外温差 也达到了最大值。 所以在这个时候所产生 的温度应力会超过墩身混凝土薄弱区的 抗裂能力， 进而导致裂缝产生。 2.3 外界气温变化产生影响 在路桥工程大体积混凝土结果的施 工过程中， 外界温度的变化会对混凝土的 浇筑温度产生直接影响。 当外界的气温升 高时， 混凝土浇筑温度也随之不断升高。 刚刚完成浇筑的混凝土因受到外界降温 的影响会导致混凝土温度梯度不断增加。 尤其是当外界气温下降幅度大时， 混凝土 内部与外层会存在较大的温差， 进而会导 致过大的温度应力产生， 进而使混凝土产 生裂缝。 除此之外， 混凝土养生不良也是 导致裂缝产生的一个主要原因之一。 为了 避免混凝土在完成浇筑之后开裂， 混凝土 内外温差必须控制在 25范围内。 通 常情况下， 需要将混凝土内外温差控制在 20范围内。 养生不到位时， 混凝土温 差无法得到有效控制， 进而导致混凝土开 裂。 3 混凝土裂缝的防裂技术 3.1 温度裂缝控制技术 3.1.1 选择优质水泥 对水泥因水化热导致的升温进行严 格控制， 可促进混凝土内外温差得到有效 减少， 进而降低温度应力， 避免温度裂缝 产生。 导致混凝土混凝土温的主要热源是 来自于水泥发生水化反应所产生的水化 热， 所有选用使用中、 低热水泥品种可实 现对混凝土温升进行有效控制。 在路桥施 工过程中选择应用低水化热 P.O42.5 普通 硅酸盐水泥来代替通常使用的 P.032.5R 普硅水泥， 水泥的表面积控制在350m/ kg 的范围内， 水泥熟料中 C3A 的含量控 制在 8% 的范围内。 3.1.2 加强对混合砂比例进行合理调 整 混凝土所使用的砂细度模数 M 必 须控制在 2.6-3 范围内， 并且要保证机制 砂应颗粒具有均匀性， 其粉含量控制在 20%。 本工程机制砂 M 细度 ,、 河砂 M 细度分别为 3.6、-1.2， 机砂与河砂的配 合比为 2 ： 3。 再次， 合理增加粉煤灰掺量， 用其替代水泥用量。 本该工程中， 掺合料 选择使用级粉煤灰。 通常情况下， 应控 制大体积混凝土粉煤灰掺量在 40% 的 范围内。 本工程的原掺量为 27%， 现在改 为 35%， 也就是在 1m3 的混凝土中掺加 136kg 的粉煤灰。 3.1.3 加强对混凝土配合比进行合理 调整。 墩身混凝土的配合比调整详见表 1。 通过对混凝土强度增长图的对比结 果进行分析可知， 混凝土浇筑完成之后龄 期前的 6d， 与普通硅酸盐水泥拌制的混凝 土向比较， 普硅 32.5R 水泥拌制的混凝土 在强度增长率明显增大 ； 龄期 6d 后， 普硅 32.5R 水泥拌制的混凝土的强度增长则 小于 P.042.5 普通硅酸盐水泥混凝土。 这 个结果显示， 应用普硅 32.5R 水泥拌制的 混凝土时， 前期强度增长较快， 混凝土温 升也随着较大， 因此较容易出现裂缝。 而 P.042.5 普通硅酸盐水泥拌制的混凝土时， 不易出现裂缝。 3.2 荷载裂缝控制技术 3.2.1 钢筋的设置 对钢筋进行设置的作用主要体现为 为混凝土的形成提供相应的内部支撑体。 在进行钢筋设置的过程中， 为了促进钢筋 设置的密度得到有效提高， 施工人员须选 用直径较小的钢筋， 钢筋间的距离必须控 制在 10cm 左右。 为了保证钢筋的分布具 有良好的稳定性， 还须在混凝土边缘、 结 构表面进行钢筋网片布置。 3.2.2 加强钢筋防腐措施 在进行大体积混凝土钢筋设置的施 工过程中， 须高度重视钢筋保护层的实际 厚度， 防止裂缝宽度不断扩大， 因此要选 用强度较大的混凝土。 同时还需高度重视 在实施混凝土搅拌时外加剂的适量增加， 保证钢筋具有良好的耐久性。 此外， 在实 施混凝土浇筑施工时， 必须加强对周围环 境维度进行控制， 避免钢筋因接触水分。 3.3 收缩裂缝控制技术 导致大体积混凝土产生收缩裂缝的 因素存在多样化， 所有想要加强对收缩裂 缝进行有效预防和控制必须从混凝土的 材料、 混凝土的搅拌、 混凝土的浇筑等诸 多方面加强预防和控制措施。 在混凝土的 材料控制上， 采购人员必须加强对混凝土 材料进行合理选择， 选择使用的混凝土必 须具有较低的含泥量和杂质， 选择使用中 低水泥、 粉煤灰水泥， 加强对水泥质量进 行严格控制。 在混凝土浇筑施工过程中， 顶帽、 托盘、 墩身应该一次立模， 先实施墩 身、 托盘浇注， 然后再将已经做好绑扎的 顶帽和垫石钢筋吊装就位， 最后再实施顶 帽浇注。 将混凝土泵送到墩顶之后实施分 层浇筑， 并逐层进行振捣。 浇筑的顺序为 桥墩一侧逐步向另一侧移动进行浇筑， 保 证混凝土在布料上具有良好的均匀性。 完 成一层饿浇筑之后返回来再继续实施下 一层的浇筑。 每层混凝土的厚度应控制在 30cm 的范围内。 混凝土的振捣以泛浆 为度。 每棒的振捣时间控制在 20s， 与模 板边缘的距离为 20cm， 振捣棒的移动间 距为 20cm。 3.4 混凝土的养生技术 桥墩混凝土浇筑施工完成之后， 使 用塑料薄膜将混凝土的外露面进行覆盖， 使用保温罩包裹好模板。 将保温罩分为两 层， 内层为棉被， 外层为不透水防雨布， 并 保证保温罩的接口位置具有良好的密封 性。 在塑料薄膜外选择使用保温罩进行密 封保温， 将温差控制在 20时便可将保 温罩拆除。 4 结束语 导致路桥工程中大体积混凝土产生 裂缝的原因有很多种。 正确认识主要原因 之后采取针对性措施进行应对才能有效 预防和控制混凝土裂缝产生， 进而保证路 桥工程的外形美观和整体稳固性。 表 1 桥墩 1c30) 混凝土配合比表 （kg/m3）